Instalações industriais e compensação reativa – Quantos kvar seriam necessários?

abr, 2018

Apesar de o tema já ter sido tratado anteriormente nesta coluna, sempre surgem questionamentos e o assunto merece ser sempre lembrado dada sua importância intrínseca associada diretamente com custos, não só de excedentes pagos de energia reativa às concessionárias distribuidoras de energia elétrica, mas outros relacionados aos aspectos técnicos e operacionais. Outros custos evitados pela correta compensação reativa são aqueles associados à redução de perdas elétricas, melhoria da qualidade da energia e do ajuste ideal de tensão nos barramentos das plantas e sites com a redução do consumo de energia principalmente nas cargas com características de impedância constante (veja: https://www.osetoreletrico.com.br/eficiencia-energetica-em-instalacoes-com-o-controle-da-tensao/).

Aspectos técnicos importantes

A presença de cargas não lineares nas instalações, como acionamentos dos motores (em geral inversores de frequência), fornos e outros sistemas controlados, produz nas redes elétricas correntes e, por consequência, tensões harmônicas que, se em valores acima dos limites, podem interferir na operação desejável das cargas industriais. Outro fator a ser considerado é a ressonância harmônica que ocorre quando capacitores são inseridos em redes elétricas em que estas cargas não lineares são conectadas. A ocorrência de ressonância harmônica gera sobretensões e amplia as distorções de tensão comprometendo a segurança e a operação confiável. Como os sistemas de compensação reativa devem estar preparados para operar com cargas não lineares que produzem correntes harmônicas, eles devem estar equipados com reatores de sintonia ou antirressonantes de forma a evitar ressonância harmônica e queima precoce de capacitores.

A definição da especificação do reator dependerá da interação entre cargas e fontes das instalações. Estes reatores dos compensadores de energia reativa definirão, em função das correntes harmônicas das cargas e características da rede, se o fator de potência unitário, 100% poderá ser obtido, já que a potência aparente total (rms) nem sempre será equivalente à potência aparente da frequência fundamental. Tal condição só ocorrerá quando as correntes harmônicas não existirem ou forem adequadamente filtradas simultaneamente à compensação reativa. Nesta situação, os valores coincidirão também com a potência ativa.

Para que a compensação reativa seja eficaz no que se refere a redução de perdas nas instalações, os capacitores devem ser instalados próximos à carga. Em outras palavras, instalação de capacitores junto à entrada de energia em média tensão não promove redução de perdas elétricas na planta, mas tão somente busca evitar a redução da cobrança de energia reativa, ainda a manobra de capacitores por elementos eletromecânicos convencionais em média e baixa tensão causa indesejáveis transientes de manobra.

Cobrança de excedentes de energia reativa

Voltando ao tema da cobrança dos excedentes de energia reativa, há de se esclarecer que, como ainda as contas de energia não são padronizadas pela Aneel e cada distribuidora trata o assunto de forma independente, as terminologias utilizadas pelas mesmas no corpo da conta nem sempre são claras que se trata de uma cobrança de excedentes de energia reativa, o que poderia induzir o consumidor mesmo sem conhecimento específico a procurar soluções. A simples informação na conta de “cobrança de energia reativa” leva ao consumidor à falsa sensação de estar pagando uma “outra energia” e não de fato uma multa por consumo inadequado que pode ser corrigida e eliminada.

Em uma avaliação prática para fins de estimativa de investimentos, orçamento e aplicações, são válidas algumas constatações interessantes e coincidentes. Considerando que a grande maioria das instalações industriais possui transformadores de baixa tensão com potência entre 1000 kVA e 1500 kVA. Esta “pseudo” padronização tem uma razão mais forte que uma porção de normas juntas, o bom senso. Transformadores nessas ordens de grandeza possuem correntes praticáveis (a definição da tensão também é muito importante), respondem por níveis de curto-circuito nos barramentos secundários em níveis também interessantes para boa regulação de tensão e podem até ser ligados em paralelo com os devidos cuidados. São elementos confiáveis e com dimensões também adequadas.

Neste cenário, pode-se ainda imaginar que as cargas possuirão fatores de potência, por exemplo, entre 75%/80% e 90%, “um pouco para mais, um pouco para menos”, sendo os transformadores medianamente carregados entre 60% e 80%/90%. Desta situação pode-se definir um intervalo, em que a maioria dos bancos de capacitores será dimensionada. O dimensionamento clássico é bem conhecido, mas a ideia aqui é apresentar avaliação qualitativa em função de situações repetitivas, evitando as indefinições de dimensionamento, considerando que os sistemas serão automáticos e que a compensação será, por exemplo, não de 300 kvar, mas de até 300 kvar. Pode-se assumir, pelo exposto, que as cargas na baixa tensão nas indústrias estejam instaladas em grupos de 500 kVA a 1400 kVA em transformadores independentes, local onde se pretende efetuar a compensação reativa, com variações de fator de potência original, dependendo do tipo de carga de 75% a 90%. Os gráficos das Figuras 1 e 2 ilustram o comportamento do fator de potência nestas situações. A constatação serve para auxiliar em dimensionamentos prévios e visão geral do comportamento das variáveis com a injeção de até 300 kvar ou de até 420 kvar em regime de carga variável e mesmo da carga futura a ser incorporado à planta.

Qualidade-de-energia-01

Figura 1 – Avaliação do comportamento do fator de potência para injeção de até 300 kvar.

Qualidade-de-energia-02

Figura 2 – Avaliação do comportamento do fator de potência para injeção de até 420 kvar.

Na Figura 1, se observa que em uma carga de até 1000 kVA, a compensação com equipamento de até 300 kvar responde bem atendendo um fator de potência final da ordem de 92% para fator de potência inicial de 75%. Se o fator de potência inicial for de 80% ou 85%, o equipamento atende a maiores blocos de carga neste limite de 92% de fator de potência corrigido. Na Figura 2, se observa que o equipamento de 420 kvar atende, com tranquilidade, a cargas de até 1300 kVA/1400 kVA com fator de potência inicial da ordem de 85%.

A análise qualitativa permite uma análise de sensibilidade quanto à variação de carga e de fator de potência das cargas e resultados em função do sistema de compensação existentes ou a serem instalados. Também possibilita entender alguns limites de expansão de carga sem intervenção na compensação reativa.

Esta análise considerou somente o atendimento ao atual limite de pagamento do excedente de energia reativa, com fator de potência de 92%, e pode ser estendida a outros valores. É possível avaliar investimentos em função das constatações seguintes e outras provocações que a análise possa sugerir.

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